DE102018112431A1 - Device protection when a ground connection loss event occurs - Google Patents
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- H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
- H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
Abstract
Ein Gerät weist eine elektrische Schaltung auf, die konfiguriert ist, um unter Verwenden einer Versorgungsspannung einer Gleichstromversorgung zu arbeiten. Das Gerät weist auch eine erste Masseklemme auf, die mit der elektrischen Schaltung gekoppelt und mit der Gleichstromversorgung assoziiert ist. Das Gerät weist auch eine zweite Masseklemme auf. Das Gerät weist auch einen Kondensator auf, der zwischen der ersten Masseklemme und der zweiten Masseklemme gekoppelt ist. Das Gerät kann konfiguriert sein, um den Kondensator aus der elektrischen Schaltung bei einem Masseverbindungsverlustereignis an der ersten Masseklemme zu laden.A device has an electrical circuit configured to operate using a DC power supply voltage. The device also has a first ground terminal that is coupled to the electrical circuit and associated with the DC power supply. The device also has a second earth terminal. The device also has a capacitor coupled between the first ground terminal and the second ground terminal. The device may be configured to charge the capacitor from the electrical circuit upon a ground loss event at the first ground terminal.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Diverse Beispiele der Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schützen elektrischer Elemente beim Auftreten eines Masseverbindungsverlustereignisses.Various examples of the invention relate to an apparatus and method for protecting electrical elements when a ground loss event occurs.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Der 48-V-Stromversorgungssystemanwendung wird in Mildhybrid-Elektrofahrzeugen immer mehr Aufmerksamkeit zuteil. Ein typisches Beispiel für die 48-V-Stromversorgung ist ein 48-V-Startergenerator mit Riemenantrieb (Belt Driven Starter Generator - BSG). Es wird erwartet, dass mehr und mehr 48-V-Geräte in Personenkraftwagen verwendet werden, zum Beispiel ein 48-V-e-Turbo, ein 48-V-Verdichter, elektrische 48-V-Servolenkvorrichtung usw.The 48 V power system application is receiving increasing attention in mild hybrid electric vehicles. A typical example of the 48 V power supply is a 48 V belt driven starter generator (Belt Driven Starter Generator - BSG). It is expected that more and more 48 V devices will be used in passenger cars, for example a 48 V e-Turbo, a 48 V compressor, 48 V electric power steering device, etc.
48-V-Geräte müssen typischerweise mit 12-V-Geräten, wie einem Fahrzeugbussystem, zum Beispiel als Controller Area Network (CAN), LIN, FlexRay usw. kommunizieren. 48-V-Geräte werden folglich aus der 48-V-Stromversorgung versorgt und weisen einen Transceiver zu einem Niederspannungsgerät, zum Beispiel einem 12-/24-V-Gerät auf.48 V devices typically have to communicate with 12 V devices, such as a vehicle bus system, for example as a controller area network (CAN), LIN, FlexRay etc. 48 V devices are therefore supplied from the 48 V power supply and have a transceiver to a low-voltage device, for example a 12/24 V device.
Es wurde beobachtet, dass bei einem Masseverbindungsverlustereignis an einer Masseklemme, die mit der 48-V-Stromversorgung assoziiert ist, Beschädigung aufgrund von Überspannung und/oder Überstrom verursacht werden kann.It has been observed that a ground connection loss event on a ground terminal associated with the 48 V power supply can cause damage due to over voltage and / or over current.
KURZDARSTELLUNGSUMMARY
Es besteht folglich ein Bedarf an Bereitstellung von Schutz vor Schaden bei dem Auftreten eines Masseverbindungsverlustereignisses.There is therefore a need to provide protection against damage when a ground loss event occurs.
Dieser Bedarf wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gedeckt. Die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.This need is met by the features of the independent claims. The features of the independent claims define embodiments.
Ein Gerät weist eine elektrische Schaltung auf. Die elektrische Schaltung ist konfiguriert, um unter Verwenden einer Versorgungsspannung einer Gleichstromversorgung zu arbeiten. Das Gerät weist auch eine erste Masseklemme auf, die mit der elektrischen Schaltung gekoppelt und mit der Gleichstromversorgung assoziiert ist. Das Gerät weist ferner eine zweite Masseklemme auf. Das Gerät weist auch einen Kondensator auf, der zwischen der ersten Masseklemme und der zweiten Masseklemme gekoppelt ist.One device has an electrical circuit. The electrical circuit is configured to operate using a supply voltage of a DC power supply. The device also has a first ground terminal that is coupled to the electrical circuit and associated with the DC power supply. The device also has a second earth terminal. The device also has a capacitor coupled between the first ground terminal and the second ground terminal.
Ein System weist ein Gerät auf. Das Gerät weist eine elektrische Schaltung auf. Die elektrische Schaltung ist konfiguriert, um unter Verwenden einer Versorgungsspannung einer Gleichstromversorgung zu arbeiten. Das Gerät weist auch eine erste Masseklemme auf, die mit der elektrischen Schaltung gekoppelt und mit der Gleichstromversorgung assoziiert ist. Das Gerät weist ferner eine zweite Masseklemme auf. Das Gerät weist auch einen Kondensator auf, der zwischen der ersten Masseklemme und der zweiten Masseklemme gekoppelt ist. Das System weist auch einen ersten Masseanschluss der Gleichstromversorgung auf, der mit der ersten Masseklemme gekoppelt ist. Das System weist ferner einen zweiten Masseanschluss einer weiteren Gleichstromversorgung, die von der Gleichstromversorgung unterschiedlich ist, auf. Der zweite Masseanschluss ist mit der zweiten Masseklemme gekoppelt. Das System weist auch einen Gleichstrom-/Gleichstromwandler auf, der zwischen dem ersten Masseanschluss und dem zweiten Masseanschluss verbunden ist.A system has one device. The device has an electrical circuit. The electrical circuit is configured to operate using a supply voltage of a DC power supply. The device also has a first ground terminal that is coupled to the electrical circuit and associated with the DC power supply. The device also has a second earth terminal. The device also has a capacitor coupled between the first ground terminal and the second ground terminal. The system also has a first ground connection of the DC power supply, which is coupled to the first ground terminal. The system also has a second ground connection of a further DC power supply, which is different from the DC power supply. The second ground connection is coupled to the second ground terminal. The system also includes a DC / DC converter connected between the first ground connection and the second ground connection.
Ein Verfahren weist das Bereitstellen durch eine Gleichstromversorgung einer Versorgungsspannung zu einer elektrischen Schaltung unter Verwenden einer ersten Masseklemme der elektrischen Schaltung auf. Das Verfahren weist auch als Reaktion auf ein Masseverbindungsverlustereignis an der ersten Masseklemme das Laden eines Kondensators aus der elektrische Schaltung auf, der zwischen der ersten Masseklemme und einer zweiten Masseklemme gekoppelt ist.One method includes providing a supply voltage to an electrical circuit by direct current supply using a first ground terminal of the electrical circuit. The method also includes charging a capacitor from the electrical circuit coupled between the first ground terminal and a second ground terminal in response to a ground connection loss event at the first ground terminal.
Ein Gerät weist eine elektrische Schaltung auf. Das Gerät weist auch eine Hochspannungs-Gleichstromversorgungs-Masseklemme auf, die mit der elektrischen Schaltung gekoppelt ist. Das Gerät weist auch eine weitere Gleichstromversorgungs-Masseklemme auf. Das Gerät weist auch einen Kondensator auf, der zwischen der Hochspannungs-Gleichstromversorgungs-Masseklemme und der weiteren Gleichstromversorgungs-Masseklemme gekoppelt ist.One device has an electrical circuit. The device also includes a high voltage DC power ground terminal that is coupled to the electrical circuit. The device also has another DC power supply ground terminal. The device also has a capacitor coupled between the high voltage DC power ground terminal and the further DC power ground terminal.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combinations specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Figurenlistelist of figures
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1 veranschaulicht schematisch ein System, das ein Hochspannungsgerät und ein Niederspannungsgerät aufweist, gemäß diversen Beispielen.1 schematically illustrates a system having a high voltage device and a low voltage device, according to various examples. -
2 veranschaulicht schematisch ein System, das ein Hochspannungsgerät und ein Niederspannungsgerät aufweist, gemäß diversen Beispielen.2 schematically illustrates a system having a high voltage device and a low voltage device, according to various examples. -
3 veranschaulicht eine beispielhafte Umsetzung des Hochspannungsgeräts gemäß diversen Beispielen.3 illustrates an exemplary implementation of the high-voltage device according to various examples. -
4 veranschaulicht schematisch eine Referenzumsetzung des Systems gemäß diversen Beispielen.4 illustrates schematically a reference implementation of the system according to various examples. -
5 veranschaulicht schematisch eine Referenzumsetzung des Hochspannungsgeräts gemäß diversen Beispielen.5 illustrates schematically a reference implementation of the high-voltage device according to various examples. -
6 veranschaulicht schematisch eine Referenzumsetzung des Hochspannungsgeräts gemäß diversen Beispielen.6 illustrates schematically a reference implementation of the high-voltage device according to various examples. -
7 veranschaulicht schematisch das System, das ein Hochspannungsgerät und ein Niederspannungsgerät aufweist, gemäß diversen Beispielen.7 schematically illustrates the system having a high voltage device and a low voltage device, according to various examples. -
Die
8A und8B veranschaulichen schematisch eine zeitliche Entwicklung von Strom-Spannungsmerkmalen eines Kondensators, der zwischen zwei Masseklemmen des Hochspannungsgeräts gekoppelt ist, gemäß diversen Beispielen.The8A and8B schematically illustrate a temporal development of current-voltage characteristics of a capacitor, which is coupled between two ground terminals of the high-voltage device, according to various examples. -
9 veranschaulicht schematisch eine Überwachungsschaltung und eine Begrenzungsschaltung, die mit einem Kondensator assoziiert sind, gemäß diversen Beispielen.9 schematically illustrates a monitoring circuit and a limiting circuit associated with a capacitor, according to various examples. -
10 veranschaulicht schematisch eine zeitliche Entwicklung der Spannungsmerkmale des Kondensators gemäß diversen Beispielen, wobei die Spannungsmerkmale von der Begrenzungsschaltung gesteuert werden.10 illustrates schematically a temporal development of the voltage characteristics of the capacitor according to various examples, the voltage characteristics being controlled by the limiting circuit. -
11 veranschaulicht schematisch eine zeitliche Entwicklung der Spannungsmerkmale des Kondensators gemäß diversen Beispielen, wobei die Spannungsmerkmale von der Begrenzungsschaltung gesteuert werden.11 illustrates schematically a temporal development of the voltage characteristics of the capacitor according to various examples, the voltage characteristics being controlled by the limiting circuit. -
12 veranschaulicht schematisch eine Überwachungsschaltung und eine Begrenzungsschaltung, die mit einem Kondensator assoziiert sind, gemäß diversen Beispielen.12 schematically illustrates a monitoring circuit and a limiting circuit associated with a capacitor, according to various examples. -
13 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß diversen Beispielen.13 is a flowchart of a method according to various examples.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Unten werden Ausführungsformen der Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist klar, dass die folgende Beschreibung von Ausführungsformen nicht einschränkend verstanden werden darf. Es wird nicht bezweckt, den Schutzbereich der Erfindung durch die Ausführungsformen, die unten beschrieben sind, oder die Zeichnungen, die als rein veranschaulichend zu verstehen sind, einzuschränken.Embodiments of the invention will be described below in detail with reference to the drawings. It is clear that the following description of embodiments should not be interpreted as restrictive. It is not intended to limit the scope of the invention through the embodiments described below or the drawings, which are to be understood as illustrative only.
Die Zeichnungen sind als schematische Darstellungen zu betrachten, und Elemente, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind, sind nicht unbedingt maßstabgerecht gezeigt. Stattdessen sind die diversen Elemente derart dargestellt, dass ihre Funktion und ihr allgemeiner Zweck für einen Fachmann erkennbar werden. Jede Verbindung oder Kopplung zwischen Funktionsblöcken, Geräten, Bauteilen oder anderen physischen oder Funktionseinheiten, die in den Zeichnungen gezeigt oder hierin beschrieben sind, können auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung umgesetzt werden. Eine Kopplung zwischen Bauteilen kann auch über eine drahtlose Verbindung hergestellt werden. Funktionsblöcke können in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination dieser umgesetzt werden.The drawings are to be regarded as schematic representations, and elements illustrated in the drawings are not necessarily drawn to scale. Instead, the various elements are shown in such a way that their function and their general purpose can be recognized by a person skilled in the art. Any connection or coupling between functional blocks, devices, components or other physical or functional units shown in the drawings or described herein can also be implemented by an indirect connection or coupling. A coupling between components can also be established via a wireless connection. Function blocks can be implemented in hardware, firmware, software or a combination of these.
Unten sind Techniken beschrieben, die den Schutz von Geräten und elektrische Schaltungen bei Auftreten eines Masseverbindungsverlustereignisses erleichtern.Techniques are described below that facilitate protection of devices and electrical circuitry when a ground loss event occurs.
Bei einem Masseverbindungsverlustereignis verliert eine Masseklemme, die mit einer Gleichstromversorgung assoziiert ist, ihre Verbindung mit einem Masseanschluss der Gleichstromversorgung. Energie kann von der Masseklemme bei einem Masseverbindungsverlustereignis nicht absorbiert werden. Die Masseklemme ist eventuell nicht fähig, ein elektrisches Referenzpotenzial bei einem Masseverbindungsverlustereignis bereitzustellen. Es kann diverse Gründe für ein solches Masseverbindungsverlustereignis geben, und Beispiele weisen lockere Stecker, niedrige Leitfähigkeit aufgrund von Feuchtigkeit usw. auf.In the event of a ground connection loss event, a ground terminal associated with a DC power supply loses its connection to a ground connection of the DC power supply. Energy cannot be absorbed by the ground clamp during a ground loss event. The ground terminal may not be able to provide an electrical reference potential in the event of a ground loss event. There can be various reasons for such a ground loss event, and examples include loose plugs, low conductivity due to moisture, etc.
Die hierin beschriebenen Techniken können bei diversen Szenarien Anwendung finden. Ein beispielhaftes Szenario, das aus den hierin beschriebenen Techniken Nutzen ziehen kann, betrifft eine 48-V-Stromversorgung, die in Verbindung mit einer 12-V- oder 18 V- oder 24-V-Stromversorgung (gemeinsamer 12-V - 48-V-Einsatz) verwendet wird. Ein solches Szenario beobachtet man typischerweise bei Elektrofahrzeugen, zum Beispiel Mildhybrid-Elektrofahrzeugen. Unten wird folglich in der Hauptsache auf ein solches 12-V - 48-V- Einsatzszenario eines Systems Bezug genommen, das sowohl eine 12-V-Stromversorgung als auch eine 48-V-Stromversorgung aufweist. Das dient jedoch nur der Veranschaulichung der beschriebenen Techniken, und diese Techniken können ohne Weiteres an andere Szenarien angewandt werden, zum Beispiel, im Allgemeinen, Szenarien gemeinsamen Einsatzes, bei welchen eine Niederspannungsstromversorgung und eine Hochspannungsstromversorgung verwendet werden. Zum Beispiel wäre es als eine Grundregel bei Szenarien, bei welchen eine erste Stromversorgung und eine zweite Stromversorgung gemeinsam eingesetzt werden, möglich, dass eine Versorgungsspannung einer ersten Batterie der ersten Gleichstromversorgung in dem Bereich von 20 V bis 60 V liegt, während eine Versorgungsspannung einer zweiten Batterie der zweiten Stromversorgung in einem Bereich von 6 V bis 18 V liegt. Als eine Grundregel können somit die unterschiedlichen Gleichstromversorgungen konfiguriert werden, um signifikant unterschiedliche Versorgungsspannungen bereitzustellen.The techniques described herein can be used in a variety of scenarios. An exemplary scenario that can take advantage of the techniques described herein relates to a 48 V power supply, which is used in conjunction with a 12 V or 18 V or 24 V power supply (12 V - 48 V common Insert) is used. Such a scenario is typically observed in electric vehicles, for example mild hybrid electric vehicles. Thus, below, the main reference is made to such a 12 V - 48 V deployment scenario of a system that has both a 12 V power supply and a 48 V power supply. However, this is only to illustrate the techniques described, and these techniques can easily be applied to other scenarios, for example, in general, common use scenarios in which a low voltage power supply and a high voltage power supply are used. For example, as a basic rule in scenarios in which a first power supply and a second power supply are used together, it would be possible for one Supply voltage of a first battery of the first DC power supply is in the range from 20 V to 60 V, while supply voltage of a second battery of the second power supply is in a range of 6 V to 18 V. As a basic rule, the different DC power supplies can thus be configured to provide significantly different supply voltages.
Bei einem 12-V - 48-V-Szenario mit gemeinsamem Einsatz kann es eine gemeinsame Masse für die 12-V-Stromversorgung und die 48-V-Stromversorgung geben. Ein Gleichstrom-/Gleichstromwandler kann bereitgestellt werden, um die jeweiligen Masseanschlüsse der 12-V-Stromversorgung und der 48-V-Stromversorgung zu koppeln. Typischerweise ist es nicht zulässig, dass eine direkte Verbindung zwischen KL31 (niedrige Seite / 0V der 12-V-Batterie) und KL41 (niedrige Seite / 0 V der 48-V-Batterie) in 48-V-Geräten ohne den Gleichstrom-/Gleichstromwandler besteht.In a 12 V - 48 V shared scenario, there may be a common ground for the 12 V power supply and the 48 V power supply. A DC / DC converter can be provided to couple the respective ground connections of the 12 V power supply and the 48 V power supply. Typically, it is not permitted that a direct connection between KL31 (low side / 0V of the 12 V battery) and KL41 (low side / 0 V of the 48 V battery) in 48 V devices without the DC / DC converter exists.
Ein 48-V-Gerät kann an die 48-V-Stromversorgung oder sowohl an die 48-V-Stromversorgung als auch an die 12-V-Stromversorgung angeschlossen werden, aber die jeweiligen 0 V werden nicht an das 48-V-Gerät angeschlossen, auch falls die Masseanschlüsse der 12-V-Stromversorgung und der 48-V-Stromversorgung gemeinsam an den Gleichstrom-/Gleichstromwandler angeschlossen sind. Falls ein 48-V-Gerät seine Masse verliert (KL31 und/oder KL41), sollte das die 12-V-Geräte nicht beeinträchtigen oder zerstören.A 48 V device can be connected to the 48 V power supply or to both the 48 V power supply and the 12 V power supply, but the respective 0 V are not connected to the 48 V device , also if the ground connections of the 12 V power supply and the 48 V power supply are connected together to the DC / DC converter. If a 48 V device loses its mass (KL31 and / or KL41), this should not impair or destroy the 12 V devices.
Bei Referenzumsetzungen (die in den Figuren nicht veranschaulicht sind), wird eine Isolationsschnittstelle verwendet, um eine beliebige 12-V-elektrische Schaltung anzuschließen, die konfiguriert ist, um unter Verwenden der 12-V-Stromversorgung zu funktionieren, und eine 48-V-elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um unter Verwenden der 48-V-Stromversorgung zu funktionieren. Zum Beispiel kann eine optische Kopplung verwendet werden. Hier stören oder zerstören zum Beispiel Trennen der elektrischen Potenziale, ein 12-V-Masseverbindungsverlustereignis oder ein 48-V-Masseverbindungsverlustereignis die elektrischen Geräte nicht. Es wird auch weniger Rauschen auf jeweiligen Masseanschlüssen beobachtet. Das Umsetzen der Isolationsschnittstelle für Hochgeschwindigkeitssignale und andere Signale kann jedoch kostspielig sein.In reference implementations (not illustrated in the figures), an isolation interface is used to connect any 12 V electrical circuit configured to operate using the 12 V power supply and a 48 V electrical circuit configured to operate using the 48 V power supply. For example, optical coupling can be used. Here, for example, disconnection of the electrical potentials, a 12V ground loss event or a 48V ground loss event will not interfere with the electrical devices. Less noise is also observed on respective ground connections. However, implementing the isolation interface for high speed signals and other signals can be costly.
Ein alternatives Szenario beruht auf einer Nicht-Isolation-Schnittstelle. Diese Nicht-Isolation-Schnittstelle ist typischerweise weniger komplex und kostspielig. Bei einer Nicht-Isolation-Schnittstelle besteht keine elektrische Isolation zwischen 12-V-Schaltungen und einer 48-V-Schaltung. Andererseits kann Erdrauschen beobachtet werden. 12-V-Schaltungen können auch unterbrochen oder zerstört werden, wenn ein 48-V-Masseverbindungsverlustereignis beobachtet wird.An alternative scenario is based on a non-isolation interface. This non-isolation interface is typically less complex and expensive. With a non-isolation interface, there is no electrical isolation between 12 V circuits and a 48 V circuit. On the other hand, earth noise can be observed. 12V circuits can also be broken or destroyed if a 48V ground connection loss event is observed.
Als eine Grundregel ist es bei den diversen hierin beschriebenen Beispielen möglich, dass elektrische Schaltungen eingesetzt werden, die über eine solche Nicht-Isolation-Schnittstelle gekoppelt sind. Die diversen elektrischen Schaltungen können mit unterschiedlichen elektrischen Geräten oder mit einem gemeinsamen elektrischen Gerät assoziiert sein. Die diversen elektrische Schaltungen, die über Nicht-Isolation-Schnittstellen gekoppelt sind, können konfiguriert sein, um unter Verwenden unterschiedlicher Versorgungsspannungen zu funktionieren, zum Beispiel kann eine erste elektrische Schaltung konfiguriert sein, um unter Verwenden eine 48-V-Versorgungsspannung zu funktionieren, während eine zweite elektrische Schaltung konfiguriert sein kann, um unter Verwenden einer 12-V-Versorgungsspannung zu funktionieren. Dazu können eine Hochspannungsstromversorgung, die eine jeweilige Batterie aufweist, die eine hohe Versorgungsspannung, zum Beispiel 48-V, bereitstellt, und eine Niederspannungsstromversorgung, die eine jeweilige Batterie aufweist, die eine niedrige Versorgungsspannung, zum Beispiel 12-V, bereitstellt, bereitgestellt werden.As a basic rule, in the various examples described herein, it is possible to use electrical circuits that are coupled through such a non-isolation interface. The various electrical circuits can be associated with different electrical devices or with a common electrical device. The various electrical circuits coupled via non-isolation interfaces can be configured to operate using different supply voltages, for example, a first electrical circuit can be configured to operate using a 48 V supply voltage while a second electrical circuit can be configured to operate using a 12 V supply voltage. For this purpose, a high-voltage power supply that has a respective battery that provides a high supply voltage, for example 48-V, and a low-voltage power supply that has a respective battery that provides a low supply voltage, for example 12-V, can be provided.
Unten werden Techniken beschrieben, die das Vermeiden von Beschädigung, die durch ein Masseverbindungsverlustereignis verursacht wird, erleichtern, auch falls Nicht-Isolation-Schnittstellen verwendet werden.Techniques are described below that facilitate the avoidance of damage caused by a loss of ground event, even if non-isolation interfaces are used.
Gemäß einem Beispiel weist ein Gerät eine elektrische Schaltung auf, die konfiguriert ist, um unter Verwenden einer Versorgungsspannung einer Gleichstromversorgung zu funktionieren, zum Beispiel einer Hochspannungs-Gleichstromversorgung, wie einer 48-V-Gleichstromversorgung. Das Gerät weist auch eine erste Masseklemme auf, die mit der elektrischen Schaltung gekoppelt und mit der Gleichstromversorgung assoziiert ist. Das Gerät weist auch eine zweite Masseklemme auf. Ein Kondensator ist zwischen der ersten Masseklemme und der zweiten Masseklemme gekoppelt.In one example, a device includes electrical circuitry configured to operate using a supply voltage from a DC power supply, such as a high voltage DC power supply, such as a 48 V DC power supply. The device also has a first ground terminal that is coupled to the electrical circuit and associated with the DC power supply. The device also has a second earth terminal. A capacitor is coupled between the first ground terminal and the second ground terminal.
Die zweite Masseklemme kann zum Beispiel mit einer weiteren Gleichstromversorgung, die von der Gleichstromversorgung unterschiedlich ist, assoziiert sein, zum Beispiel wäre es möglich, dass die zweite Masseklemme mit einer Niederspannungs-Gleichstromversorgung, wie einer 12-V-Gleichstromversorgung, assoziiert ist, während die erste Masseklemme mit einer Hochspannungs-Gleichstromversorgung, wie einer 48-V-Gleichstromversorgung, assoziiert ist. Als ein alternatives Beispiel wäre es auch möglich, dass die zweite Masseklemme mit derselben Gleichstromversorgung assoziiert ist, wie die, mit der die erste Masseklemme assoziiert ist.For example, the second ground terminal may be associated with another DC power supply that is different from the DC power supply, for example, it would be possible for the second ground terminal to be associated with a low voltage DC power supply, such as a 12 V DC power supply, while the first ground terminal is associated with a high voltage DC power supply, such as a 48 V DC power supply. As an alternative example, it would also be possible for the second ground terminal to be associated with the same DC power supply as that with which the first ground terminal is associated.
Durch Bereitstellen des Kondensators, der zwischen der erste Masseklemme und der zweiten Masseklemme gekoppelt ist, können diverse Effekte erzielt werden. Erstens kann Schutz der elektrischen Schaltungen bereitgestellt werden, weil der Kondensator Energie aus der elektrische Schaltung bei einem Masseverbindungsverlustereignis an der ersten Masseklemme absorbieren kann. Das Gerät kann zum Beispiel konfiguriert sein, um den Kondensator aus der elektrische Schaltung bei dem Masseverbindungsverlustereignis aufzuladen. Die Energie, die von dem Kondensator absorbiert wird, veranlasst keine Beschädigung an anderen Schaltungen. Zweitens kann es mittels des Kondensators möglich sein, das Masseverbindungsverlustereignis zu erfassen und möglicherweise zweckdienliche Maßnahmen zum Mindern der Effekte des Masseverbindungsverlustereignisses zu treffen. Es wäre zum Beispiel möglich, dass Überwachungsschaltungen konfiguriert sind, um eine Spannung an dem Kondensator zu überwachen. Hier kann die Spannung an dem Kondensator auf das Masseverbindungsverlustereignis an der ersten Masseklemme hinweisen. Eine geringe (hohe) Spannung an dem Kondensator kann Abwesenheit (Anwesenheit) des Masseverbindungsverlustereignisses entsprechen. Dann kann eine Funktionalität der elektrischen Schaltung in Abhängigkeit von der Spannung an dem Kondensator eingestellt werden. Falls die elektrische Schaltung zum Beispiel eine Wechselrichterschnittstelle für einen Motor/Generator umfasst, wie es der Fall für ein gemeinsames BSG-12-V - 48-V-Einsatzszenario sein könnte, kann das Gerät derart konfiguriert sein, dass es eine Wechselrichterleistungsschaltung des Motors/Generators in Abhängigkeit von der Überwachung der Spannung an dem Kondensator abschaltet. Various effects can be achieved by providing the capacitor, which is coupled between the first ground terminal and the second ground terminal. First, protection of the electrical circuits can be provided because the capacitor can absorb energy from the electrical circuit upon a ground loss event at the first ground terminal. For example, the device may be configured to charge the capacitor from the electrical circuit upon the ground loss event. The energy absorbed by the capacitor does not cause damage to other circuits. Second, the capacitor may be able to detect the loss of ground event and possibly take appropriate measures to mitigate the effects of the loss of ground event. For example, it would be possible for monitoring circuits to be configured to monitor a voltage across the capacitor. Here, the voltage on the capacitor may indicate the ground connection loss event on the first ground terminal. A low (high) voltage across the capacitor may correspond to the absence (presence) of the ground loss event. A functionality of the electrical circuit can then be set as a function of the voltage on the capacitor. For example, if the electrical circuit includes an inverter interface for a motor / generator, as might be the case for a common BSG 12 V - 48 V deployment scenario, the device may be configured to include an inverter power circuit of the motor / Generator switches off depending on the monitoring of the voltage on the capacitor.
Das Gerät
Wie in
Unter weiterer Bezugnahme auf
Wie in
Spezifisch weist die Schaltung
In
In
Um Beschädigung zum Beispiel an der elektrische Schaltung
Der LDO
Nächstfolgend wird die Funktion des Kondensators
Die
Bei normalem Betrieb (kein Masseverbindungsverlustereignis) fließt ein Strom von der 48-V-Batterie
Als Grundregel, wenn der Masseanschluss
Zwei Hauptpfade von dem Punkt A zu dem Punkt B sind in den
Nachdem der Masseanschluss
Es kann zum Beispiel 2 Sekunden in Anspruch nehmen, damit die Spannung an dem Kondensator
Man beobachtet, dass die Spannung V_s1 steigt, wenn die Spannung V_c_dclink verringert wird. V_s1 beträgt 40 V, wenn V_c_dclink 20 V beträgt. Daher beträgt die Spannung V_vcc_kl41 45 V, was mehr ist als die maximale Stoßspannung von 40 V, der der Ausgangsport des Transceivers
Ein Szenario, bei dem der Arbeitsstrom der maximale Strom der Leistungsstufe
Wenn man nun bedenkt, dass die Leistungsstufe
Anhand der oben stehenden Analyse für die Pfade zwischen den Punkten A und B wird bewiesen, dass das Potenzial, das den Transceiver
Nachfolgend werden Techniken beschrieben, die es erlauben, die Spannung V_s1 nach Maß anzupassen und/oder zu überwachen. Gemäß diversen Beispielen wird das durch Bereitstellen des Kondensators
Die Masseklemme
Als eine Grundregel gibt es diverse Optionen, die zum Umsetzen der Masseklemme
Typischerweise wird der Masseanschluss
Einzelheiten bezüglich des Kondensators
Zusätzlich sind in
Nächstfolgend werden typische Werte für die Induktivitäten der Induktoren
Eine jeweilige Simulationsschaltung, die solche Werte für die Induktivitäten verwendet, ist in
VS1 stellt die 48-V-Batterie
VM2 entspricht somit V_S1. Wie man erkennt, besteht ferner eine starke Korrelation zwischen VM2 und V_C, die die Spannung an dem Kondensator
Zum Vereinfachen der Simulationsschaltung wurde die Wechselrichterbrücke, die von den Schaltern
Die Simulationsresultate werden auch für eine Kapazität des Kondensators von C = 1 µF in
Basierend auf den Simulationsresultaten können die folgenden Beobachtungen gemacht werden. Zuerst besteht durch Erhöhen der Kapazität des Kondensators
Somit folgt aus den
Als eine Anmerkung wurde beobachtet, dass das Brechen des Masseanschlusses
Zusammenfassend ist es möglich, eine relativ gleichmäßig ansteigende Spannung von VM2 zu erhalten, falls zweckdienliche Kapazität des Kondensators
Man muss verstehen, dass die
Die oben beschriebenen Techniken helfen, Schäden an elektrischen Bauteilen zum Beispiel des Transceivers
Wie in
Die Überwachungsschaltung
Das Steuersignal
Die Begrenzungsschaltung
Mittels der Begrenzungsschaltung
Nächstfolgend wird die Funktion der Schaltungen
Die
Beim normalen Betrieb (kein Masseverbindungsverlustereignis), fließt Leistungsstrom durch die Leistungsstufe
Nächstfolgend, bei t0, tritt ein Masseverbindungsverlustereignis an der Masseklemme
Dann fließen der Leistungsstrom und der Steuerstrom zu dem Metallgehäuse, das die Masseklemme
Wenn die Spannung
Optional zeichnet die Steuereinheit
Die Schalter
Wenn die Spannung
Aus den
Die Steuereinheit
Wie man erkennt, ist nach dem Masseverbindungsverlustereignis die Spannungsbelastung auf dem Transceiver
Das kann das Messen involvieren, dass genug Zeit von t0 bis t1 besteht, um das Stören durch Rauschen nahe der Zeit t0, die der Augenblick des Masseverbindungsverlustereignisses ist, zu vermeiden.This can involve measuring that there is enough time from t0 to t1 to avoid noise interference near time t0, which is the moment of the ground loss event.
Es sollte auch sichergestellt werden, dass von t1 bis t3 genug Zeit besteht um sicherzustellen, dass die Schalter
Auch sollte die Summe der Spannung
Als eine Grundregel können die Überwachungsschaltung
In
Bei Block
Dann, falls ein Masseverbindungsverlustereignis an Block
Bei dem optionalen Block
Nächstfolgend kann bei einem optionalen Block
Zusammenfassend wurden oben Techniken beschrieben, bei welchen ein Kondensator zwischen einer ersten Masseklemme und einer zweiten Masseklemme bereitgestellt ist. Zum Beispiel kann die erste Masseklemme eine 48-V-Masseklemme einer 48-V-Gleichstromversorgung sein. Die zweite Masseklemme kann von dem Metallgehäuse des jeweiligen Geräts umgesetzt werden. Typischerweise ist das Metallgehäuse mit einem 12-V-Masseanschluss über eine 12-V-Gleichstromversorgung verbunden.In summary, techniques have been described above in which a capacitor is provided between a first ground terminal and a second ground terminal. For example, the first ground terminal may be a 48 V ground terminal of a 48 V DC power supply. The second earth terminal can be implemented by the metal housing of the respective device. Typically, the metal housing is connected to a 12 V ground connection via a 12 V DC power supply.
Es wurden Techniken beschrieben, die das Glätten der Spannung zwischen der ersten Masseklemme und der zweiten Masseklemmen bei einem Masseverbindungsverlustereignis erleichtern. Es sind Techniken zum Erfassen des Masseverbindungsverlustereignisses beschrieben, zum Beispiel durch Überwachen einer Spannung an dem Kondensator. Es wurden auch Techniken beschrieben, die das Begrenzen der Spannung an dem Kondensator zum Schützen vor Überspannung/Überstrom empfindlicher Schaltungen erleichtern.Techniques have been described that facilitate smoothing the voltage between the first ground terminal and the second ground terminal during a loss of ground event. Techniques for detecting the loss of ground connection event are described, for example, by monitoring a voltage across the capacitor. Techniques have also been described that facilitate limiting the voltage across the capacitor to protect against overvoltage / overcurrent of sensitive circuits.
Insbesondere wurden die folgenden Beispiele beschrieben.In particular, the following examples have been described.
Beispiel 1. Gerät, das Folgendes umfasst:
- eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um unter Verwenden einer Versorgungsspannung einer Gleichstromversorgung zu arbeiten,
- eine erste Masseklemme, die mit der elektrischen Schaltung gekoppelt und mit der Gleichstromversorgung assoziiert ist,
- eine zweite Masseklemme, und
- einen Kondensator, der zwischen der ersten Masseklemme und der zweiten Masseklemme gekoppelt ist.
- an electrical circuit configured to operate using a supply voltage of a DC power supply,
- a first ground terminal coupled to the electrical circuit and associated with the DC power supply,
- a second earth terminal, and
- a capacitor coupled between the first ground terminal and the second ground terminal.
Beispiel 2. Gerät nach Beispiel 1,
wobei die zweite Masseklemme mit einer weiteren Gleichstromversorgung, die von der Gleichstromversorgung unterschiedlich ist, assoziiert ist.Example 2. Device according to example 1,
wherein the second ground terminal is associated with another DC power supply that is different from the DC power supply.
Beispiel 3. Gerät nach Beispiel 1 oder 2,
wobei das Gerät konfiguriert ist, um den Kondensator aus der elektrischen Schaltung bei einem Masseverbindungsverlustereignis an der ersten Masseklemme zu laden.Example 3. Device according to example 1 or 2,
the device configured to charge the capacitor from the electrical circuit upon a ground loss event at the first ground terminal.
Beispiel 4. Gerät nach Beispiel 3,
wobei das Gerät konfiguriert ist, um den Kondensator über einen weiteren Kondensator der elektrischen Schaltung zu laden.Example 4. Device according to example 3,
wherein the device is configured to charge the capacitor through another capacitor of the electrical circuit.
Beispiel 5. Gerät nach einem der vorstehenden Beispiele, das ferner Folgendes umfasst:
- eine Überwachungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Spannung an dem Kondensator zu überwachen.
- a monitoring circuit configured to monitor a voltage across the capacitor.
Beispiel 6. Gerät nach Beispiel 5,
wobei die elektrische Schaltung einen Wechselrichter für einen Motor/Generator umfasst,
wobei das Gerät konfiguriert ist, um den Motor/Generator durch Steuern des Wechselrichters in Abhängigkeit von der Überwachung der Spannung an dem Kondensator auszuschalten.Example 6. Device according to Example 5,
the electrical circuit comprising an inverter for a motor / generator,
wherein the device is configured to turn off the motor / generator by controlling the inverter in response to monitoring the voltage on the capacitor.
Beispiel 7. Gerät nach Beispiel 6,
wobei das Gerät konfiguriert ist, um Schalter des Wechselrichters auszuschalten, falls die Spannung an dem Kondensator einen ersten Schwellenwert überschreitet.Example 7. Device according to Example 6,
wherein the device is configured to turn off switches of the inverter if the voltage across the capacitor exceeds a first threshold.
Beispiel 8. Gerät nach einem der vorstehenden Beispiele, das ferner Folgendes umfasst:
- eine Begrenzungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Spannung an dem Kondensator zu steuern.
- a limiting circuit configured to control a voltage across the capacitor.
Beispiel 9. Gerät nach den Beispielen 7 und 8,
wobei die Begrenzungsschaltung konfiguriert ist, um die Spannung an dem Kondensator zu steuern, so dass sie unterhalb eines zweiten Schwellenwerts, der größer ist als der erste Schwellenwert, bleibt.Example 9. Device according to Examples 7 and 8,
wherein the limiting circuit is configured to control the voltage across the capacitor that it remains below a second threshold that is greater than the first threshold.
Beispiel 10. Gerät nach Beispiel 8 oder 9,
wobei die Begrenzungsspannung konfiguriert ist, um die Spannung an dem Kondensator zu steuern, um oberhalb eines dritten Schwellenwerts zu bleiben.Example 10. Device according to Example 8 or 9,
wherein the clipping voltage is configured to control the voltage across the capacitor to remain above a third threshold.
Beispiel 11. Vorrichtung nach einem der Beispiele 8 bis 10,
wobei die Begrenzungsschaltung konfiguriert ist, um einen niederohmigen Bypasspfad des Kondensators zu bilden.Example 11. Device according to one of Examples 8 to 10,
wherein the limiting circuit is configured to form a low-resistance bypass path of the capacitor.
Beispiel 12. Gerät nach einem der vorstehenden Beispiele,
wobei die elektrische Schaltung einen Wechselrichter für einen Motor/Generator umfasst und weiter einen Transceiver für ein Fahrzeugkommunikationsbussystem umfasst.Example 12. Device according to one of the preceding examples,
wherein the electrical circuit comprises an inverter for a motor / generator and further comprises a transceiver for a vehicle communication bus system.
Beispiel 13. Gerät nach einem der vorstehenden Beispiele,
wobei eine Kapazität des Kondensators nicht kleiner ist als 10 µF, optional nicht kleiner als 100 µF, ferner optional nicht kleiner als 1000 µF.Example 13. Device according to one of the preceding examples,
wherein the capacitance of the capacitor is not less than 10 µF, optionally not less than 100 µF, further optionally not less than 1000 µF.
Beispiel 14. Gerät nach einem der vorstehenden Beispiele, das ferner Folgendes umfasst:
- ein Metallgehäuse, das die zweite Masseklemme umsetzt.
- a metal housing that implements the second earth terminal.
Beispiel 15. System, das Folgendes umfasst:
- das Gerät nach einem der vorstehenden Beispiele,
- einen ersten Masseanschluss der Gleichstromversorgung, der mit der ersten Masseklemme gekoppelt ist.
- einen zweiten Masseanschluss einer weiteren Gleichstromversorgung, die von der Gleichstromversorgung unterschiedlich ist, wobei der zweite Masseanschluss mit der zweiten Masseklemme gekoppelt ist, und
- einen Gleichstrom-/Gleichstromwandler, der zwischen dem ersten Masseanschluss und dem zweiten Masseanschluss verbunden ist.
- the device according to one of the preceding examples,
- a first ground connection of the DC power supply, which is coupled to the first ground terminal.
- a second ground connection of a further direct current supply, which is different from the direct current supply, the second ground connection being coupled to the second ground terminal, and
- a DC / DC converter connected between the first ground terminal and the second ground terminal.
Beispiel 16. System nach Beispiel 15, das ferner Folgendes umfasst:
- eine weitere elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um unter Verwenden der zweiten Versorgungsspannung zu arbeiten,
- wobei die elektrische Schaltung und die weitere elektrische Schaltung über eine Nicht-Isolation-Schnittstelle gekoppelt sind.
- another electrical circuit configured to operate using the second supply voltage,
- wherein the electrical circuit and the further electrical circuit are coupled via a non-isolation interface.
Beispiel 17. System nach Beispiel 15 oder 16, das ferner Folgendes umfasst:
- eine erste Batterie der Gleichstromversorgung,
- eine zweite Batterie der weiteren Gleichstromversorgung,
- wobei eine Low-Side-Klemme der ersten Batterie mit dem ersten Masseanschluss gekoppelt ist, und
- wobei eine Low-Side-Klemme der zweiten Batterie mit dem zweiten Masseanschluss gekoppelt ist.
- a first battery of the DC power supply,
- a second battery for the further direct current supply,
- wherein a low-side terminal of the first battery is coupled to the first ground connection, and
- wherein a low-side terminal of the second battery is coupled to the second ground connection.
Beispiel 18. System nach Beispiel 17,
wobei eine Versorgungsspannung der zweiten Batterie kleiner ist als die Versorgungsspannung der ersten Batterie. Example 18. System according to Example 17,
wherein a supply voltage of the second battery is less than the supply voltage of the first battery.
Beispiel 19. System nach Beispiel 18,
wobei die Versorgungsspannung der ersten Batterie in dem Bereich von 20 V bis 60 V liegt,
wobei die Versorgungsspannung der zweiten Batterie in dem Bereich von 6 V bis 18 V liegt,Example 19. System according to Example 18,
the supply voltage of the first battery being in the range from 20 V to 60 V,
the supply voltage of the second battery is in the range from 6 V to 18 V,
Beispiel 20. Verfahren, das Folgendes umfasst:
- Bereitstellen durch eine Gleichstromversorgung einer Versorgungsspannung zu einer elektrische Schaltung unter Verwenden einer ersten Masseklemme der elektrische Schaltung, und
- als Reaktion auf ein Masseverbindungsverlustereignis an der ersten Masseklemme, Laden aus der elektrische Schaltung eines Kondensators, der zwischen der ersten Masseklemme und einer zweiten Masseklemme gekoppelt ist.
- Providing a supply voltage to an electrical circuit by direct current supply using a first ground terminal of the electrical circuit, and
- in response to a ground connection loss event at the first ground terminal, charging from the electrical circuitry of a capacitor coupled between the first ground terminal and a second ground terminal.
Beispiel 21. Gerät, das Folgendes umfasst:
- eine elektrische Schaltung,
- eine Hochspannungs-Gleichstromversorgungs-Masseklemme, die mit der elektrischen Schaltung gekoppelt ist,
- eine weitere Gleichstromversorgungs-Masseklemme, und
- einen Kondensator, der zwischen der Hochspannungs-Gleichstromversorgungs-Masseklemme und der weiteren Gleichstromversorgungs-Masseklemme gekoppelt ist.
- an electrical circuit,
- a high voltage DC power supply ground terminal coupled to the electrical circuit,
- another DC power supply ground terminal, and
- a capacitor coupled between the high voltage DC power ground terminal and the further DC power ground terminal.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, können andere Fachleute Äquivalente und Änderungen bei der Lektüre und beim Verstehen der Spezifikation erdenken. Die vorliegende Erfindung weist alle solchen Äquivalente und Änderungen auf, und ist nur durch den Schutzbereich der anliegenden Ansprüche eingeschränkt.Although the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments, other persons skilled in the art may contemplate equivalents and changes in reading and understanding the specification. The present invention has all such equivalents and changes, and is only limited by the scope of the appended claims.
Zur Veranschaulichung wurden oben diverse Szenarien beschrieben, bei welchen ein einziger Kondensator zwischen zwei Masseklemmen gekoppelt ist. Ähnliche Techniken können ohne Weiteres an Szenarien angewandt werden, bei welchen mehrere Kondensatoren, die zum Beispiel parallel oder in Reihe geschaltet sind, zwischen zwei Masseklemmen gekoppelt sind.For the purposes of illustration, various scenarios were described above, in which a single capacitor is coupled between two ground terminals. Similar techniques can easily be applied to scenarios in which multiple capacitors, for example connected in parallel or in series, are coupled between two ground terminals.
Claims (21)
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